SOLID WORKS-COSMOS Works phần 5

Chia sẻ: Nguyễn Hà Mỹ Ngọc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

Thêm vào BST

Báo xấu

102
lượt xem 29
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tùy chọn này không có đối với các đỉnh và các cạnh. • Apply torque. Áp dụng lực xoắn. Tùy chọn này đòi hỏi sự xác định hướng xoắn bằng một đối tượng tham chiếu. • Faces, Edges, Vertices for Force . Chọn các đối tượng chịu tải lực/moment/lực xoắn trong vùng đồ họa.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: SOLID WORKS-COSMOS Works phần 5

71 SOLIDWORKS-COSMOSWorks *ĐÀO CHI LĂNG-DCL* Tác động của chốt được kiểm soát bởi trở lực của nó đối với các chuyển động tịnh tiến và quay. Nếu kiểm No Rotation, chốt này sẽ chống lại chuyển động quay giữa các bề mặt trụ. Tương tự, nếu kiểm No Translation, chốt này sẽ chống lại chuyển động dọc trục giữa hai bề mặt trụ. Nếu không kiểm No Rotation, chương trình sẽ cho rằng đây là một bản lề trơn (độ cứng bằng không) hoặc bạn có thể xác định giá trị cho Rotational stiffness. Tương tự, nếu không kiểm No Translation, chương trình sẽ cho rằng không có trở lực dọc trục hoặc bạn phải xác định một giá trị cho Axial stiffness. Một số thủ thuật • Nếu các bề mặt được lắp chốt tiếp xúc nhau từ ban đầu, bạn phải dùng điều kiện tiếp xúc Free. Nếu không, chúng sẽ bị gắn chặt vào nhau và chốt sẽ không làm việc. • Do có các vùng cứng, ứng suất gần những vùng này có thể không chính xác. Hiệu ứng này giảm dần và biến mất trên thực tế trong một vùng bằng khoảng đường kính tính từ các bề mặt trụ. Để có sự mô phỏng chốt chính xác hơn, bạn cần phải tạo ra cái chốt và xác định các điều kiện tiếp xúc thích hợp. • Khi xem các kết quả, lưu ý đặt tỷ lệ biến dạng bằng 1.0 để đảm bảo không có sự thâm nhập giữa các thành phần khi chịu tải. Khi thấy có sự giao nhau, các kết quả đó là không có giá trị. Bạn có thể xác định các điều kiện tiếp xúc giữa những bề mặt giao nhau để loại trừ kết quả phi thực tế này trước khi chạy nghiên cứu lại. Elastic Support (Nền đàn hồi) Một liên kết Elastic Support xác định một nền đàn hồi giữa các bề mặt được chọn của một part hoặc assembly với mặt đất. Các bề mặt này không buộc phải phẳng. Một độ cứng phân bố tại một điểm trên bề mặt này mô tả mật độ cứng tương ứng với một diện tích vô cùng nhỏ quanh điểm đó. Độ cứng tiếp tuyến tại một điểm được giả thiết rằng bằng nhau theo tất cả các mọi hướng tiếp tuyến với bề mặt tại điểm đó. Các lò xo đàn hồi được dùng để giả lập nền đàn hồi và hấp thụ các va chạm. Nền đàn hồi này có thể được làm bằng các lò xo trên thực tế hoặc một lớp vật liệu đàn hồi.
72 SOLIDWORKS-COSMOSWorks *ĐÀO CHI LĂNG-DCL* Dưới đây là những mục cần thiết để xác định kiểu liên kết Elastic Support: Faces for Elastic Support . Chọn các bề mặt cho liên kết đàn hồi. • Stiffness (Độ cứng) Units. Chọn một hệ đơn vị để xác định độ cứng. • Distributed. Nhập một giá trị cho độ cứng trên đơn vị diện tích. Tổng độ cứng tương đương • bằng tổng diện tích các bề mặt nhân với độ cứng phân bố. Total. Nhập một giá trị độ cứng tổng. Độ cứng tổng được phân bố đều cho tất cả các bề mặt • được chọn. o Normal. Nhập giá trị độ cứng theo phương vuông góc với các bề mặt được chọn. o Shear . Nhập giá trị độ cứng theo phương trượt của các bề mặt. Bolt (bu-lông) Liên kết Bolt xác định một mối ghép bulon giữa hai chi tiết máy hoặc giữa một chi tiết máy với nền. Trong hình minh họa là một mối ghép bulon điển hình.
73 SOLIDWORKS-COSMOSWorks *ĐÀO CHI LĂNG-DCL* With Nut. Dùng tùy chọn này để xác định một bulon thông thường với một ê-cu. • Without Nut. Dùng tùy chọn này để xác định một bulon không có ê-cu. • Grounded. Dùng tùy chọn này để kết nối một bề mặt trụ với mặt đất bằng một bulon. • Lu ý: Các bề mặt được chọn cùng một lần để xác định một bulon. Nếu bạn chọn With Nut, hãy xác định như sau: • Head Contact Faces . Chọn một hoặc nhiều bề mặt để xác định vùng tiếp xúc của o đầu bulon với một chi tiết máy. Nut Contact Faces . Chọn một hoặc nhiều bề mặt để xác định vùng tiếp xúc của ê-cu o với một chi tiết máy. Các bề mặt này phải thuộc về cùng một chi tiết máy khác với chi tiết tiếp xúc với đầu bulon. Chỉ dùng tùy chọn này nếu With Nut được chọn. Nếu bạn chọn Without Nut, hãy xác định như sau: • Head Contact Faces . Chọn một hoặc nhiều bề mặt để xác định vùng tiếp xúc của o đầu bulon với một chi tiết máy. Thread Faces . Chọn các bề mặt lỗ từ chi tiết máy khác tiếp xúc với thân bulon. o Nếu bạn chọn Grounded, hãy xác định như sau: oHead/Nut Contact Face . Chọn một hoặc nhiều bề mặt để xác định vùng tiếp xúc giữa mũ/êcu và mặt nền. oTarget Plane . Chọn một mặt phẳng tọa độ để mô phỏng nền ảo. Tight Fit. Dùng tùy chọn này nếu bán kính thân bulon bằng bán kính (các) lỗ trụ tương ứng •
74 SOLIDWORKS-COSMOSWorks *ĐÀO CHI LĂNG-DCL* của ít nhất một chi tiết máy. Một bề mặt trụ được đặt Tight Fit sẽ được làm cứng và sẽ chỉ biến dạng với thân bulon như một bề mặt cứng. Sự giả lập này tùy thuộc vào việc bulon có êcu hay không, như minh họa dưới. • Shank Contact Faces . Chọn các bề mặt trụ tiếp xúc với thân bulon. Các bề mặt này o có thể thuộc về một hoặc hai chi tiết máy. Nếu bạn chọn nhiều bề mặt của một chi tiết máy, chúng phải đồng tâm và có cùng bán kính. Diameter . Chọn đơn vị đo và đặt đường kính cho thân bulon. • Lu ý: giá trị đường kính này phải bằng hoặc nhỏ hơn các đường kĩnh lỗ bulon của Shank Contact Faces. Show Preview. Tắt bật hiển thị ký hiệu bulon khi bạn xác định bulon này. • Apply. Tạo bulon sau khi thông tin vật liệu bulon được đưa vào hộp Material. • Material Custom. Xác định các thuộc tính vật liệu. • o Units. Chọn đơn vị xác định modul đàn hồi. o Elastic Modulus. Đặt giá trị cho modul đàn hồi. o Poisson's Ratio. Đặt hệ số Poisson (không thứ nguyên). o Thermal Expansion Coefficient . Đặt hệ số giãn nở nhiệt cho vật liệu bulon. Library. Chọn một vật liệu từ thư viện vật liệu. • o Select Material. Click nút này để mở hộp thoại Material và chọn một vật liệu từ một thư viện.Tên của vật liệu được chọn xuất hiện cạnh Material. Lu ý: Chương trình không duy trì liên kết đến thư viện này. Nó chỉ cho phép đọc các thuộc tính vật liệu khi bạn chọn. Nếu sau này bạn sửa đổi thư viện này, những thay đổi đó sẽ không cập nhật cho bulon. Preload (Tải có trước, lực căng bu-lông có từ trước) Units. Chọn hệ đơn vị để xác định dự lực cho bulon. •
75 SOLIDWORKS-COSMOSWorks *ĐÀO CHI LĂNG-DCL* Axial. Dùng tùy chọn này nếu bạn biết tải dọc trục của bulon. Ta thường chỉ biết lực xiết hơn là • lực kéo bulon. Torque. Dùng tùy chọn này nếu bạn biết lực xiết bulon. • Torque Factor (K). Chương trình dùng hệ số này để tính lực kéo khi cho lực xiết. • Với bulon có êcu, lực xiết tác dụng lên êcuF = T/(K*D) Với bulon không có êcu, lực xiết tác dụng lên mũ bulonF = T/(K*D*1.2) Bạn có thể cần xác định một điều kiện tiếp xúc để tránh sự giao nhau như hình minh họa dưới. Ở đây F là lực dọc trục bu-lông, T là lực xiết chặt, K là hệ số xiết chặt và D là đường kính danh nghĩa của ren. Hàn tiếp xúc (Spot Welds) Hàn tiếp xúc (hàn chấm, hàn điểm) Spot Welds là phương pháp hàn hai hoặc nhiều tấm kim loại mỏng ghép chồng lên nhau mà không dùng bất cứ vật liệu nào khác để điền vào mối hàn. Các mối hàn tiếp xúc này được dùng rất rộng rãi trong công nghiệp sản xuất xe hơi và các lĩnh vực tương tự. Hàn tiếp xúc rất hiệu quả đối với các tấm kim loại mỏng có chiều dày tới 3mm. Nếu các tấm kim loại này có chiều dày khác nhau thì tỷ lệ chênh lệch không được quá 3 lần. Độ bền của mối hàn phụ thuộc vào đường kính mối hàn và chiều dày của các tấm kim loại. Các tấm kim loại được hàn với nhau nhờ một áp lực cục bộ và làm nóng bằng các điện cực nhọn hợp kim đồng. Các điện cực này cấp một năng lượng thích hợp để vật liệu của các tấm kim loại bị nóng chảy và hòa lẫn vào nhau.
76 SOLIDWORKS-COSMOSWorks *ĐÀO CHI LĂNG-DCL* Sau khi các điện cực rời ra, vật liệu nóng chảy đông đặc lại, tạo thành một điểm hàn như hình minh họa dưới. Hàn tiếp xúc làm việc tốt với thép carbon thấp. Mối hàn tiếp xúc của thép hợp kim carbon cao có khuynh hướng bị giòn và dễ nứt gãy. Các tấm nhôm mỏng cũng có thể hàn tiếp xúc do điểm nóng chảy của nó thấp hơn đồng. Bạn có thể xác định các điểm hàn để hàn hai bề mặt solid hoặc hai bề mặt shell. Bạn cũng có thể xác định điều kiện tiếp xúc No penetration Lu ý: Hàn tiếp xúc chỉ khả dụng với các nghiên cứu tĩnh, ổn định và cộng hưởng. Dưới đây là những mục cần thiết để xác định kiểu liên kết hàn tiếp xúc Spot welds: giữa các bề mặt này để mô phỏng được thích đáng. Spot weld first face. Chọn một bề mặt solid hoặc shell thứ nhất. • Spot weld second face. Chọn một bề mặt solid hoặc shell thứ hai của một chi tiết máy khác. • Spot weld locations. Chọn các đỉnh hoặc điểm tham chiếu. Các điểm tham chiếu này được • chiếu lên các bề mặt để xác định vị trí tâm các chấm hàn. Spot weld diameter. Đường kính chấm hàn từ 3 đến 12.5 mm. • Xác định một mối hàn tiếp xúc: 1. Tạo các điểm tham chiếu nếu cần. 2. Right-click thư mục Load/Restraint và chọn Connectors. Bảng thuộc tính Connectors xuất hiện. 3. Từ trình đơn thả xuống Type, chọn Spot welds. 4. Trong Spot weld first face, chọn một bề mặt shell hoặc solid.
77 SOLIDWORKS-COSMOSWorks *ĐÀO CHI LĂNG-DCL* 5. Trong Spot weld second face, nếu bạn đã chọn một bề mặt shell ở bước 4, hãy chọn một bề mặt shell khác; nếu bạn đã chọn một bề mặt solid ở bước 4, hãy chọn một bề mặt solid của thành phần khác. 6. Trong Spot weld locations, chọn các đỉnh hoặc điểm tham chiếu. Các điểm tham chiếu này được chiếu lên các bề mặt để xác định vị trí tâm các chấm hàn. Lu ý: Chương trình sẽ có thông báo nếu chiều dày tổng của mô hình tại chỗ hàn không thích hợp với máy hàn. 7. Trong hộp Spot weld diameter, chọn một đơn vị và nhập giá trị đường kính mối hàn. 8. Click OK. Connector - Link Kết nối Link liên kết hai vị trí bất kỳ trên mô hình bằng một thanh cứng hai đầu có khớp bản lề. Khoảng cách giữa hai vị trí này sẽ giữ không đổi trong quá trình biến dạng. Kết nối Link khả dụng cho các nghiên cứu tĩnh, ổn định và cộng hưởng. Bạn xác định từng vị trí cho kết nối bằng cách xác định các đỉnh hoặc điểm tham chiếu. Dưới đây là những mục cần thiết để xác định kiểu liên kết Link: Vertex or point for the first location . Chọn một đỉnh hoặc điểm tham chiếu làm vị trí liên kết • thứ nhất. Vertex or point for the second location . Chọn một đỉnh hoặc điểm tham chiếu làm vị trí liên • kết thứ hai. Lu ý: Bạn chỉ có thể chọn một vị trí cho mỗi hộp lựa chọn. Dưới đây là những giới hạn cần tuân thủ khi dùng kết nối link: Liên kết này không khả dụng cho các mô hình shell. • Không cho phép có chuyển vị quay lớn. • Tạo một kết nối link: 1. Trong COSMOSWorks Manager, right-click thư mục Load/RestraintConnectors. Bảng thuộc tính Connectors xuất hiện. 2. Từ trình đơn thả xuống Type, chọn Link. 3. Trong hộp Vertex or point for first location, chọn một đỉnh hoặc điểm tham chiếu. 4. Trong hộp Vertex or point for second location, chọn một đỉnh hoặc điểm tham chiếu khác. 5. Click OK. Các phân tích nhiệt Có ba cơ chế truyền nhiệt là: Dẫn nhiệt, Đối lưu và Bức xạ. Quá trình phân tích nhiệt sẽ tính toán sự phân bố nhiệt độ trong một vật theo một số hoặc tất cả các cơ chế này. Trong cả ba cơ chế, nhiệt năng được truyền từ nơi có nhiệt độ cao hơn đến nơi có nhiệt độ thấp
78 SOLIDWORKS-COSMOSWorks *ĐÀO CHI LĂNG-DCL* hơn. Truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt và đối lưu cần có vật trung gian còn bức xạ không cần. Dẫn nhiệt Dẫn nhiệt là cơ chế truyền nhiệt mà trong đó nhiệt năng được truyền từ điểm này đến điểm khác thông qua sự tương tác giữa các nguyên tử hoặc phân tử vật chất. Sự dẫn nhiệt sảy ra trong thể rắn, thể lỏng và thể khí. Trong cơ chế dẫn nhiệt không có sự chuyển dịch của chất tải nhiệt. Các chất khí dẫn nhiệt do sự va chạm trực tiếp giữa các phân tử chuyển động và độ dẫn nhiệt của chúng thấp so với các chất rắn là do mật độ phân tử loãng hơn. Sự dẫn nhiệt trong các chất lỏng tương tự như trong các chất khí, ngoại trừ trạng thái phức tạp hơn đáng kể do các phân tử chất lỏng gần nhau hơn rất nhiều và các trường lực phân tử có tác động mạnh hơn trong quá trình trao đổi năng lương khi va chạm. Các chất rắn phi kim truyền nhiệt nhờ sự rung động của mạng phân tử nhưng không có sự chuyển dịch vật chất với tư cách là chất tải nhiệt. Các kim loại dẫn nhiệt tốt hơn các phi kim ở nhiệt độ thông thường do chúng có các điện tử tự do để tải nhiệt. Truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt tuân theo định luật Fourier, định luật này phát biểu rằng năng lượng được truyền do dẫn nhiệt Qconduction tỷ lệ thuận với diện tích truyền nhiệt (A) và gradient nhiệt độ (dT/dx), hoặc: Qdẫn nhiệt = - K A (dT/dx) Ở đây, K là hệ số dẫn nhiệt, phản ánh khả năng dẫn nhiệt của vật liệu. Đơn vị của K là W/m.oC hoặc (Btu/s)/in.oF. Với lớp phẳng như hình minh họa, nhiệt năng của dẫn nhiệt được tính bằng: Qdẫn nhiệt = - K A ( THot - TCold )/L Sự phụ thuộc nhiệt độ của hệ số dẫn nhiệt (K) Với đĐa sa số các vật liệu, K thay đổi theo nhiệt độ. Nó tăng cùng với nhiệt độ trong các chất khí tại áp
79 SOLIDWORKS-COSMOSWorks *ĐÀO CHI LĂNG-DCL* suất thấp, nhưng có thể tăng hoặc giảm trong các kim loại hoặc chất lỏng. Bảng dưới đây cho thấy hệ số dẫn nhiệt (W/m.độ K) thay đổi theo nhiệt độ (độ K) với một số vật liệu: Đối lưu Đối lưu là kiểu truyền nhiệt mà trong đó, nhiệt được truyền giữa một bề mặt rắn và dòng chất lỏng (hoặc khí) chảy qua. Đối lưu có hai yếu tố: Năng lượng được truyền do chuyển động ngẫu nhiên của các phân tử (khuếch tán) và • Năng lượng được truyền do sự chuyển động vĩ mô của dòng chảy (advection). • Cơ chế đối lưu có thể giải thích như sau: khi lớp chất lỏng tiếp xúc với bề mặt nóng, nó sẽ nóng lên, khiến mật tỷ trọng giảm xuống (tại một áp suất không đổi, tỷ trọng tỷ lệ nghịch với nhiệt độ) và làm lớp chất lỏng này nổi lên. Phần chất lỏng lạnh hơn (nặng hơn) gần bề mặt sẽ thay thế phần chất lỏng nóng và tạo thành dòng chuyển động bên trong chất lỏng. Nhiệt năng trao đổi giữa chất lỏng có nhiệt độ Tfvà bề mặtrắn diện tích A có nhiệt độ Tstuân theo định luậtNewton có thể viết như sau:
80 SOLIDWORKS-COSMOSWorks *ĐÀO CHI LĂNG-DCL* Qđối lưu = h A (Ts - Tf) Ở đây, h là hệ số truyền nhiệt bằng đối lưu. Đơn vị của h là W /m2.K hoặcBtu/s.in2.F. Hệ số truyền nhiệt đối lưu h phụ thuộc vào sự chuyển động của chất lỏng, hình dạng và các thuộc tính vật lý, nhiệt động. Nói chung, có hai kiểu truyền nhiệt đối lưu: Đối lưu tự nhiên (tự do) Chuyển động của chất lỏng sát bề mặt rắn là do lực đẩy gây nên bởi sự thay đổi tỷ trọng của chất lỏng do chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt rắn và chất lỏng. Khi lớp chất lỏng nóng tách khỏi bề mặt rắn đi lên để chất lỏng lạnh đi xuống chiếm chỗ và nhận nhiệt, tỷ trọng của nó tăng lên và vì thế, nó lại đi lên. Đối lưu cưỡng bức Một tác nhân bên ngoài như quạt hoặc bơm được dùng để tăng tốc dòng chảy trên bề mặt rắn. Chuyển động nhanh của phần chất lỏng trên bề mặt rắn sẽ làm tăng độ chệnh lệch nhiệt độ và tăng cường độ trao đổi nhiệt. Hệ số đối lưu Định luật Newton về trạng thái làm lạnh nói rằng nhiệt năng trao đổi từ một bề mặt có nhiệt độ Ts đến dòng chảy bên trong chất lỏng có nhiệt độ Tf được cho bởi phương trình:
81 SOLIDWORKS-COSMOSWorks *ĐÀO CHI LĂNG-DCL* Qđối lưu = h A (Ts - Tf) Ở đây, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu h có đơn vị W/m2.KhoặcBtu/s.in2.F. Hệ số h không phải là một thuộc tính nhiệt động. Hệ số h thuần túy chỉ liên quan đến trạng thái chất lỏng và các điều kiện dòng chảy, do vậy, nó thường được gọi là thuộc tính dòng chảy. Đối lưu được gắn với khái niệm của một lớp biên như là một lớp mỏng chuyển tiếp giữa một bề mặt được coi là nằm sát với các phân tử không chuyển động và dòng chất lỏng. Điều này được minh họa như sau: Ở đây, u(x,y) là tốc độ theo phương x. Vùng bên dưới cạnh ngoài của lớp chất lỏng, cạnh ngoài được xác định bằng 99% tốc độ dòng chảy tự do, được gọi là lớp biên chất lỏng có chiều dày d(x). Một hình tương tự cũng có thể dùng để mô tả sự chuyển tiếp nhiệt độ từ bề mặt rắn đến chất lỏng. Lưu ý rằng độ dày lớp biên nhiệt độ không nhất thiết phải bằng độ dày lớp biên tốc độ. Các thuộc tính của chất lỏng tạo nên số Prandtl sẽ quy định độ dày tương đối của hai lớp biên này. Một số Prandtl bằng 1 có nghĩa là hai lớp này bằng nhau. Cơ chế truyền nhiệt thực tế qua lớp biên này là dẫn nhiệt, theo phương y, qua chất lỏng tĩnh sát bề mặt rắn, nhiệt lượng dẫn nhiệt này bằng nhiệt lượng đối lưu từ lớp biên vào chất lỏng. Có thể viết: h A (Ts - Tf) = - k A (dT/dy)s Do đó, hệ số đối lưu của một trạng thái đã cho có thể xác định bằng cách đo nhiệt lượng truyền qua và chênh lệch nhiệt độ hoặc bằng cách đo gradient nhiệt độ lớp biên. Đo gradient nhiệt độ qua lớp biên cần có độ chính xác cao và nói chung chỉ thực hiện được trong phòng thí nghiệm. Nhiều sổ tay kỹ thuật có bảng tra hệ số truyền nhiệt đối lưu cho các cấu hình khác nhau.
82 SOLIDWORKS-COSMOSWorks *ĐÀO CHI LĂNG-DCL* Bảng dưới đây cho thấy một số giá trị điển hình của hệ số truyền nhiệt đối lưu: Bức xạ Bức xạ nhiệt là nhiệt năng được phát ra từ vật thể dưới dạng sóng điện từ, do nhiệt độ của nó. Tất cả các vật thể có nhiệt độ trên không tuyệt đối (không độ K) đều phát ra nhiệt năng. Do sóng điện từ truyền qua cả chân không, nên bức xạ không cần vật trung gian. Hình minh họa sau đây cho thấy giải bước sóng của bức xạ nhiệt so với các bức xạ khác (tia X, tia gamma, tia vũ trụ, v.v…): Nhiệt năng của Mặt trời đi tới Trái đất là nhờ bức xạ. Do sóng điện từ di chuyển với tốc độ ánh sáng, nên bức xạ là cơ chế truyền nhiệt nhanh nhất.
83 SOLIDWORKS-COSMOSWorks *ĐÀO CHI LĂNG-DCL* Các định nghĩa cơ bản về bức xạ Dưới đây là các tên gọi chung, được dùng trong lĩnh vực bức xạ nhiệt và các định nghĩa của chúng. Vật đen: Vật bức xạ lý tưởng, phát ra và hấp thụ bức xạ tối đa tại mọi nhiệt độ và bước sóng. Một ví dụ của vật đen là một lỗ hở nhỏ của một hốc nóng. Độ rọi (Irradiation): Mức độ bức xạ đi tới bề mặt theo mọi hướng, tính trên đơn vị diện tích. Độ bức xạ (Radiosity): Mức độ bức xạ đi ra khỏi bề mặt theo mọi hướng, tính trên đơn vị diện tích. Hấp thụ (αλπηα): Phần bức xạ bị bề mặt hấp thụ. Phản xạ (ρô): Phần bức xạ bị bề mặt phản xạ. Phản xạ của vật đen bằng không. Xuyên qua (Transmissivity - τô): Phần bức xạ xuyên thấu qua bề mặt. COSMOSWorks giả thiết rằng sự xuyên qua của bức xạ. Tương quan giữa hấp thụ, phản xạ và xuyên qua của một bề mặt: Công suất phát xạ (E): Mức độ bức xạ phát ra từ bề mặt theo mọi hướng tính trên đơn vị diện tích, đơn vị của E là W/m^2. Hệ số bức xạ (επσιλον): Tỷ lệ giữa công suất phát xạ của một bề mặt so với công suất phát xạ của vật đen tại cùng nhiệt độ, Ở đây. Eb là công suất phát xạ của vật đen tại cùng nhiệt độ. Hệ số bức xạ ε của một bề mặt là hàm của nhiệt độ.
84 SOLIDWORKS-COSMOSWorks *ĐÀO CHI LĂNG-DCL* Định luật Stefan-Boltzmann Định luật Stefan-Boltzmann phát biểu rằng tổng công suất phát xạ của vật đen, Eb, được cho bởi: Ở đây, σ là hằng số Stefan-Boltzmann và T là nhiệt độ tuyệt đối của vật đen. Giá trị của hằng số Stefan-Boltzmann bằng 5.67x10-8 W/m^2 K^4 hoặc 3.3063 x 10-15 Btu/s.in^2.F^4. Sự thay đổi phổ bức xạ vật đen được mô tả bởi phân bố Planck. Tích phân của định luật phân bố Planck trên tất cả các bước sóng (λ) sẽ được định luật Stefan-Boltzmann. Khi một vật đen có bề mặt diện tích (A) đặt trong môi trường có nhiệt độ Ta, năng lượng bức xạ nhiệt của vật đen được xác định bởi: Ở đây: Ts = Nhiệt độ tuyệt đối của vật đen Ta = Nhiệt độ tuyệt đối của môi trường Phát xạ từ các bề mặt thực Định luật Stefan-Boltzmann đối với sự trao đổi nhiệt bằng bức xạ giữa các vật đen và môi trường có thể hiệu chỉnh để dùng cho các bề mặt thực. Với các bề mặt không phải là vật đen, cường độ phổ bức xạ không tuân theo phân bố Planck. Định luật Stefan-Boltzmann đã được hiệu chỉnh cho vật không đen (vật xám) thành: Ở đây, ε là hệ số phát xạ của bề mặt bức xạ, được xác định bằng tỷ lệ giữa công suất phát xạ của bề mặt xám này và công suất phát xạ của vật đen tại cùng nhiệt độ. Các vật liệu có giá trị hệ số phát xạ trong khoảng giữa 0 và 1.0. Một vật đen dĩ nhiên có hệ số phát xạ bằng 1 và một vật phản xạ toàn phần có hệ số phát xạ bằng không. Hệ số phát xạ là một thuộc tính của vật liệu, vốn phụ thuộc vào nhiệt độ và độ bóng bề mặt. Bảng dưới đây liệt kê các giá trị hệ số phát xạ của một số vật liệu:
85 SOLIDWORKS-COSMOSWorks *ĐÀO CHI LĂNG-DCL*
86 SOLIDWORKS-COSMOSWorks *ĐÀO CHI LĂNG-DCL* Bức xạ giữa các bề mặt Phương trình đã được đề cập ở mục trước đối với mức độ trao đổi nhiệt bức xạ giữa một vật xám với môi trường được giả thiết rằng vật bức xạ nằm trong một vật đen lớn bao quanh (mô tả môi trường). Do đó, tất cả năng lượng phát ra từ vật bức xạ được giả thiết rằng đều được môi trường hấp thụ hết. Trong trường hợp có hai vật bức xạ trao đổi năng lượng, cần đưa vào hệ số bức xạ biểu kiến (F). Hệ số bức xạ biểu kiến của một bề mặt i lên bề mặt j là tỷ lệ năng lượng bức xạ từ bề mặt i trực tiếp chiếu tới bề mặt j trên tổng năng lượng phát ra từ bề mặt i. Với định nghĩa này, sự trao đổi
87 SOLIDWORKS-COSMOSWorks *ĐÀO CHI LĂNG-DCL* nhiệt bức xạ thực giữa một bề mặt có diện tích Ai và nhiệt độ Ti với một bề mặt có diện tích Aj và nhiệt độ Tj là như sau: Qbức xạ = σ εi Ai Fij ( Ti4 - Tj4) Ở đây, Fij là hệ số biểu kiến của bề mặt i đối với bề mặt j và εi là hệ số bức xạ của bề mặt i. Các hệ số bức xạ biểu kiến (nhìn thấy) Các hệ số biểu kiến, còn gọi là các hệ số hình dạng, có vai trò trực tiếp trong trao đổi nhiệt bức xạ. Hệ số biểu kiến Fij giữa hai diện tích nhỏ Ai và Aj được xác định bằng phần bức xạ phát ra từ Ai mà bị chặn bởi diện tích Aj. Nói cách khác, Fij cho biết Ai nhìn thấy Aj như thế nào. Hệ số biểu kiến Fij phụ thuộc vào hướng của các diện tích nhỏ Ai và Aj cũng như khoảng cách giữa chúng. Với hai bề mặt vô cùng nhỏ dAi và dAj , hệ số biểu kiến dFij bằng: Ở đây, Θi và Θj là các góc giữa pháp tuyến các bề mặt với đoạn thẳng Rij nối hai diện tích này. Nếu hai diện tích này là hữu hạn, hệ số biểu kiến được tính:
88 SOLIDWORKS-COSMOSWorks *ĐÀO CHI LĂNG-DCL* Từ phương trình trên, luôn luôn có quan hệ: Ai.Fij = Aj.Fji Trong khi nhiều cuốn sách truyền nhiệt cung cấp các hệ số biểu kiến cho những diện tích có hình dạng đơn giản, thì việc tính toán hệ số biểu kiến cho những bài toán thực tế lại đòi hỏi rất nhiều nỗ lực, ngay cả với những máy tính mạnh. Khi cần tính toán hệ số biểu kiến giữa hai bề mặt A và B, COSMOSWorks coi mỗi bề mặt gồm có nhiều diện tích nhỏ, được xác định bởi các bề mặt của phần tử hữu hạn. Sau đó, nó tính hệ số biểu kiến cho từng bề mặt phần tử đối với mọi bề mặt của các phần tử khác. Các hệ số biểu kiến giữa các bề mặt phần tử trên cùng một bề mặt hình học cũng được đưa vào các tính toán này. Một bề mặt lõm với một lưới thích hợp có thể tự bức xạ. Các bề mặt phẳng và lồi không thể tự bức xạ. Các vấn đề này được phần mềm tự động giải quyết. Vật cản Bức xạ giữa hai bề mặt phần tử có thể bị cản bởi một bề mặt phần tử thứ ba. Trong trường hợp này, hệ số biểu kiến bằng không. COSMOSWorks tự động xem xét các vật cản ở giữa các bề mặt đã xác định như hình minh họa. Với sự quan tâm thích hợp đối với các vật cản, bạn phải lựa chọn các bề mặt tham gia bức xạ. Trong ví dụ dưới, các bề mặt 3 và 4 che một phần bức xạ giữa các bề mặt 1 và 2. Sẽ có kết quả sai nếu bạn chỉ chọn các bề mặt 1, 2 và 3.